鹤上隧道围岩松动圈测试与分析_龚建伍

第3卷第3期地下空间与工程学报V o.l3 2007年6月Chinese Journal o fU nderground Space and Eng i neering Jun.2007

鹤上隧道围岩松动圈测试与分析*

龚建伍1,夏才初1,2,朱合华1,2

(1.同济大学地下建筑与工程系,上海200092;

2.同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室,上海200092)

摘要:围岩松动圈是评价围岩稳定性的重要参数之一,文章结合大断面小净距鹤上隧道的工程实践,采用声波法和多点位移计法对隧道围岩松动圈进行了测试分析,获得了整个隧道断面松动圈的分布;基于测试结果,验证了该隧道锚杆设计支护参数的合理性,为围岩松动圈支护参数的确定提供了依据和指导。

关键词:鹤上隧道;松动圈;测试;超声波;多点位移计

中图分类号:U456.1文献标识码:A文章编号:1673-0836(2007)03-0475-04

M easure m ent and Anal ysis on R eleasi ng Z one of

Surroundi ng R ock i n H eshang Tunnel

GONG Jian-w u1,X I A C a-i chu1,2,Z HU H e-hua1,2

(1.D epart m ent of G eotechnical Engineer i ng,T ongji U ni ver sity,Shanghai200092,Ch i na;

2.K e y Laboratory of G eo techn ical Engineering,T ongji University,Shanghai200092,China)

Abstract:The re l eas i ng zone is one o f the most cr iti ca l param eters to eva l uate the stability of surround i ng rock.

A ccording to the construction o fH eshang l a rge-secti on tunne ls w ith s ma ll spac i ng,the u ltrasonic wave m ethod and

m ult-i po i nt ex tensom eter a re appli ed t o t he m easurem ent of re l easi ng zone,and the distr i bution o f releasi ng zone i s as-certained.Based on the m easured data,t he rati ona lity of bo lt support is proved,and so m e references and i nstructi on are also prov ided for the design o f suppo rt syste m for releasi ng zone of surround i ng ro ck.

K eyword s:H eshang tunne ls;re leasi ng zone;m easure m en t;ultrason i c w av e;mu lti-po int ex tenso m eter

1引言

当前,我国山岭公路隧道主要采用钻爆法施工,虽然逐步采用了光面爆破技术,但爆破仍会对隧道一定深度内的围岩产生影响,同时,隧道开挖破坏了原岩的应力平衡状态,围岩应力发生重分布,并出现应力集中现象,如果集中应力超过围岩强度,隧道围岩将发生破坏,这一破坏发展到一定深度后会取得新的应力平衡,产生一定的松动破坏范围,即隧道围岩松动圈[1]。

小净距隧道是空间近距离双设隧道在同一参考平面的布置方式之一,其结构介于双孔分离式隧道和连拱隧道之间,目前国内双洞小净距公路隧道的净间距取值一般为2~8m,远小于现行《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)规定的不同围岩类别情况下双洞间最小净距。显然,小净距隧道由于间距较小,必然导致施工扰动影响的相互叠加,使得洞周围岩塑性区和变形松动范围进一步增大,危害隧道施工稳定。

因此,有必要对小净距隧道围岩松动范围进行

*收稿日期:2006-12-13(修改稿)

作者简介:龚建伍(1978-),男,湖北孝感人,同济大学博士研究生,主要从事结构工程和地下结构方面的研究工作。

E-m a i:l g j w fang@126.co m

基金项目:福建省交通厅交通科技发展项目

测试和分析,明确隧道施工过程中围岩的变形及受力特点,以验证支护体系在设计上的合理性,同时也为下一步施工支护结构的优化提供依据和指导,确保隧道围岩的稳定性和施工安全。

2 工程背景

鹤上隧道位于福州国际机场高速公路(一期)工程A3标段,为福建省第一座三车道小净距公路隧道,在国内也是罕见的。该隧道设置为接近平行

的双洞,左、右线隧道桩号均为:K6+250-K6+700,隧道长450m,隧道内空断面净宽15.052m 、拱高8.1m ,含仰拱的总高度为10.4m,最大开挖跨度为16.692m,中间岩柱最小净距仅为5.66m ,约0.38D (D 为隧道开挖跨度)。

该隧道路段属剥蚀低山丘陵地貌,进口段天然坡角为16b ,出口天然坡角为20b ,地形起伏较大,洞身段最大埋深约为62m,洞口浅埋段埋深4~10m,洞口从外到内为Ⅱ、Ⅲ类围岩,隧道中部F9A 断层附近有约40m 的Ⅱ、Ⅲ类围岩,其余均为Ⅳ类围岩,主要岩性为凝灰熔岩。

隧道设计断面尺寸如图1,洞口Ⅱ类围岩段采用中隔壁法施工,开挖前设置超前注浆小导管预加固,结构设计为复合衬砌,以锚杆湿喷混凝土、钢筋网等为初期支护,并辅以钢支撑、注浆小导管等支护措施

[2]

。

图1 鹤上隧道设计断面图

F ig .1 D esi gned cross-section o fH eshang t unnels

3 松动圈测试技术及现场方案

3.1 围岩松动圈测试技术

目前,围岩松动圈测试方法主要有声波法、多点位移计法、地质雷达法、地震波法、电阻率法和渗透法等,这些方法在煤矿和隧道工程中得到了大量的应用,此外,还有一些其他测试技术,如钻孔光学

电镜法、放射性元素法等[3~5]

。

本文结合鹤上隧道施工监控量测的工程实践,仅对声波法和多点位移计法两种测试方法进行分

析和探讨。

3.1.1 声波法

声波法是围岩松动圈测试技术中最常用的一种方法,测试仪器简便。声波的波速随介质裂隙发育、密度降低、声阻抗增大而降低,随应力增大、密度增大而增加。因此,测得的声波波速高则说明围岩完整性好,波速低说明围岩存在裂缝,围岩有破坏发生。测出距离围岩表面不同深度的岩体波速值,作出深度和波速曲线,然后再根据有关地质资料可推断出被测试隧道的围岩松动圈厚度。

目前,常用的超声波测试方法是单孔测试法,采用一发双收的装置,即在断面上确定测试点,在测点处钻孔,然后将圆管状声波探头置入钻孔,孔内注满水以使探头和孔壁有良好的声耦合,孔口装有堵水器,逐点进行测试,直到各点测试完毕,测试仪器示意见图2。

图2 声波法单孔测试示意图

F i g .2 M easure m en t dev i ce o f u ltrasonic wave me t hod

3.1.2 多点位移计法

采用多点位移计测量围岩内部不同深度点的岩石位移情况,根据位移计测试的位移量和时间曲

线,可以看出围岩中不同深度岩石向空间内位移的情况,位移量随时间变化大说明该点位置以内的岩石有破裂,因此由不同点的位移与时间曲线的变化大小,可以找到松动区与不松动区的分界点。

实际施工和操作中,就是将多点位移计装入钻

孔中的一些固定点,每个点安装在不同的深度,然后通过多点位移计测出不同点随时间变化的位移

量,测出每个点向巷道内的位移量,并将这些点的位移时间关系绘制在坐标图上,从而得出不同深度的岩层随时间的位移量,围岩松动圈的边界就是看不同深度点位移量变化的区别。3.2 现场测试方案布置

根据隧道的工程地质情况和岩体的力学性质,并结合工程的进度,选择代表性的断面布置测孔,测孔布设位置如图3所示。图中编号C01~C04为声波测试法测孔,孔径为50mm,孔深为3.3m 左右,在本监测中,采用RS M )SYS5声波检测仪

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